Erittäin imukykyinen materiaali selluloosaeetteristä

N,N-metyleenibisakryyliamidilla superabsorboivan hartsin valmistamiseksi silloitetun karboksimetyyliselluloosan prosessia ja tuotteen suorituskykyä tutkittiin ja käsiteltiin alkalin pitoisuutta, silloitusaineen määrää, alkalieetteröintiä ja liuotinta. Annoksen vaikutus tuotteen veden imeytymiseen. Vettä absorboivan hartsin adsorptiomekanismi veteen selitetään. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämän tuotteen vedenpidätysarvo (WRV) saavuttaa 114 ml/g.

Avainsanat:selluloosaeetteri; metyleenibisakryyliamidi; valmistelu

1、Johdanto

Superabsorbenttihartsi on polymeerimateriaali, jossa on vahvoja hydrofiilisiä ryhmiä ja tietty silloitusaste. Tavallisilla vettä imevillä materiaaleilla, kuten paperilla, puuvillalla ja hamppulla, on alhainen veden imeytymisnopeus ja huono vedenpidätyskyky, kun taas erittäin imukykyiset hartsit voivat imeä vettä kymmeniä kertoja oman painonsa verran, ja veden imemisen jälkeen muodostunut geeli ei kuivu edes pienellä paineella. Erinomainen vedenpidätyskyky. Se ei liukene veteen eikä orgaanisiin liuottimiin.

Selluloosasta valmistetun superimukykyisen materiaalin molekyyliketjussa on suuri määrä hydroksyyliryhmiä, karboksyyliryhmiä ja natriumhydraatti-ioneja. Veden imeytymisen jälkeen vettä ympäröi hydrofiilinen makromolekyyliverkosto ja se voidaan pitää ulkoisen paineen alaisena. Kun vesi kostuttaa adsorptiohartsia, hartsin ja veden väliin muodostuu kerros puoliläpäisevää kalvoa. Liikkuvien ionien (Na+) korkean pitoisuuden vuoksi vettä imevässä hartsissa Donnanin mukaan'Tasapainoperiaatteen mukaisesti tämä ionipitoisuuden ero voi aiheuttaa osmoottisen paineen. Huono, muodostaen kostutus- ja turpoamisvoiman, vesi kulkee tämän puoliläpäisevän kalvokerroksen läpi ja yhdistyy hydrofiilisten ryhmien ja ionien kanssa superabsorboivan hartsin makromolekyyleissä, mikä vähentää liikkuvien ionien pitoisuutta, mikä osoittaa korkeaa veden imeytymistä ja turpoamista. Tämä adsorptioprosessi jatkuu, kunnes liikkuvien ionien pitoisuuksien eron aiheuttama osmoottinen paine-ero on yhtä suuri kuin polymeerihartsin molekyyliverkoston koheesiovoiman aiheuttama lisälaajenemisvastus. Selluloosasta valmistetun superabsorboivan hartsin edut ovat: kohtalainen veden imeytymisnopeus, nopea veden imeytymisnopeus, hyvä suolaveden kestävyys, myrkytön, helposti säädettävä pH-arvo, voi hajota luonnossa ja alhainen, joten sillä on laaja käyttöalueita. Sitä voidaan käyttää vedenestoaineena, maanparannusaineena ja vettä pidättävänä aineena teollisuudessa ja maataloudessa. Lisäksi sillä on hyvät kehitys- ja sovellusmahdollisuudet terveyden, ravinnon, mikrobiologian ja lääketieteen aloilla.

2. Kokeellinen osa

2.1 Kokeiluperiaate

Puuvillakuitujen superabsorboivan hartsin valmistuksen tarkoituksena on pääasiassa muodostaa silloitettu rakenne, jolla on alhainen substituutioaste kuitukuoreen. Silloittaminen yhdisteisiin, joissa on yleensä kaksi tai useampia reaktiivisia funktionaalisia ryhmiä. Funktionaalisia ryhmiä, jotka pystyvät silloittamaan, ovat vinyyli, hydroksyyli, karboksyyli, amidi, happokloridi, oksiraani, nitriili jne. Eri silloitusaineilla valmistettujen superabsorboivien hartsien vedenabsorptiosuhde on erilainen. Tässä kokeessa N,N-metyleenibisakryyliamidia käytetään silloitusaineena, mukaan lukien seuraavat vaiheet:

(1) Selluloosa (Rcell) reagoi alkalisen liuoksen kanssa muodostaen alkalista selluloosaa, ja selluloosan alkalointireaktio on nopea eksoterminen reaktio. Lämpötilan alentaminen edistää alkalikuitujen muodostumista ja voi estää niiden hydrolyysiä. Alkoholien lisääminen voi lisätä selluloosan häiriöitä, mikä on hyödyllistä alkalisaatiossa ja myöhemmässä eetteröinnissa.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Alkaliselluloosa ja monokloorietikkahappo tuottavat natriumkarboksimetyyliselluloosaa, ja eetteröintireaktio kuuluu nukleofiiliseen substituutioreaktioon:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N,N-metyleenibisakryyliamidi silloitettu erittäin imukykyisen hartsin saamiseksi. Koska karboksimetyylikuidun molekyyliketjussa on edelleen suuri määrä hydroksyyliryhmiä, selluloosan hydroksyyliryhmän ionisaatio ja akryyli-kaksoissidoksen ionisaatio N,N-metyleenibisakryyliamidin molekyyliketjussa voi laukaista toiminnan vaikutuksesta. Alkalikatalyysi, ja sitten Silloittuminen selluloosan molekyyliketjujen välillä tapahtuu Michael-kondensaatiolla, ja se käy välittömästi läpi protonivaihdon veden kanssa, jolloin siitä tulee veteen liukenematon selluloosa superabsorboiva hartsi.

2.2 Raaka-aineet ja välineet

Raaka-aineet: imukykyinen puuvilla (leikattu linttereiksi), natriumhydroksidi, monokloorietikkahappo, N, N-metyleenibisakryyliamidi, absoluuttinen etanoli, asetoni.

Instrumentit: kolmikaulakolvi, sähkösekoitus, palautusjäähdytin, imusuodatinpullo, Buchner-suppilo, tyhjökuivausuuni, kiertovesityhjiöpumppu.

2.3 Valmistusmenetelmä

2.3.1 Alkalisointi

Lisää 1 g imukykyistä puuvillaa kolmikaulaiseen pulloon, lisää sitten tietty määrä natriumhydroksidiliuosta ja absoluuttista etanolia, pidä lämpötila huoneenlämpötilan alapuolella ja sekoita hetki.

2.3.2 Eetteröinti

Lisää tietty määrä kloorietikkahappoa ja sekoita 1 tunti.

2.3.2 Silloitus

Eetteröinnin myöhemmässä vaiheessa lisättiin N,N-metyleenibisakryyliamidia suhteessa silloittumiseen ja sekoitettiin huoneenlämpötilassa 2 tuntia.

2.3.4 Jälkikäsittely

Säädä pH-arvo jääetikkaalla 7:ään, pese suola pois etanolilla, pese vesi pois asetonilla, suodata imulla ja tyhjiökuivaa 4 tuntia (noin 60 °C:ssa).°C, tyhjiöaste 8,8 kPa) valkoisen puuvillafilamenttituotteen saamiseksi.

2.4 Analyyttinen testaus

Veden absorptionopeus (WRV) määritetään seulomalla, eli 1 g tuotetta (G) lisätään dekantterilasiin, joka sisältää 100 ml tislattua vettä (V1), liotetaan 24 tuntia, suodatetaan 200 meshin ruostumattomasta teräksestä valmistetun seulan läpi. , ja näytön alareunassa oleva vesi kerätään (V2). Laskentakaava on seuraava: WRV=(V1-V2)/G.

3. Tulokset ja keskustelu

3.1 Alkalisointireaktio-olosuhteiden valinta

Alkaliselluloosan valmistusprosessissa puuvillakuidun ja alkalisen liuoksen vaikutuksesta prosessi-olosuhteet vaikuttavat merkittävästi tuotteen suorituskykyyn. Alkalisointireaktiossa on monia tekijöitä. Tarkkailun helpottamiseksi käytetään ortogonaalista kokeen suunnittelumenetelmää.

Muut olosuhteet: Liuotin on 20 ml absoluuttista etanolia, alkalin suhde eetteröintiaineeseen (mol/md) on 3:1 ja silloitusaine on 0,05 g.

Kokeelliset tulokset osoittavat, että: primaarinen ja toissijainen suhde: C>A>B, paras suhde: A3B3C3. Lipeän pitoisuus on tärkein tekijä alkalointireaktiossa. Lipeän korkea pitoisuus edistää alkaliselluloosan muodostumista. On kuitenkin huomattava, että mitä korkeampi lipeän pitoisuus on, sitä suurempi on valmistetun superabsorboivan hartsin suolapitoisuus. Siksi, kun peset suolaa etanolilla, pese se useita kertoja varmistaaksesi, että tuotteessa oleva suola poistuu, jotta se ei vaikuta tuotteen veden imeytymiskykyyn.

3.2 Silloitusaineen annostuksen vaikutus tuotteen WRV:hen

Koeolosuhteet ovat: 20 ml absoluuttista etanolia, alkalin suhde eetteröintiaineeseen 2,3:1, 20 ml lipeää ja 90 minuuttia alkalointia.

Tulokset osoittivat, että silloitusaineen määrä vaikutti CMC-Na:n silloitusasteeseen. Liiallinen silloittuminen johtaa tiiviiseen verkkorakenteeseen tuotetilassa, jolle on ominaista alhainen veden absorptionopeus ja huono elastisuus veden imeytymisen jälkeen; kun silloitusaineen määrä on pieni, silloitus on epätäydellinen ja on vesiliukoisia tuotteita, jotka vaikuttavat myös veden imeytymisnopeuteen. Kun silloitusaineen määrä on alle 0,06 g, veden absorptionopeus kasvaa silloitusaineen määrän kasvaessa, kun silloitusaineen määrä on yli 0,06 g, veden absorptionopeus laskee silloitusaineen määrällä. Siksi silloitusaineen annostus on noin 6 % puuvillakuitumassasta.

3.3 Eetteröintiolosuhteiden vaikutus tuotteeseen WRV

Koeolosuhteet ovat: alkalipitoisuus 40 %; alkalin tilavuus 20 ml; absoluuttinen etanoli 20 ml; silloitusaineen annostus 0,06 g; alkalointi 90 min.

Kemiallisen reaktion kaavan mukaan alkali-eetterisuhteen (NaOH:CICH2-COOH) tulisi olla 2:1, mutta todellinen käytetty alkalimäärä on tätä suhdetta suurempi, koska reaktiojärjestelmässä on taattava tietty vapaan alkalin pitoisuus. , koska: tiettyä Vapaan emäksen suurempi pitoisuus edistää alkalointireaktion loppuunsaattamista; silloitusreaktio on suoritettava alkalisissa olosuhteissa; Jotkut sivureaktiot kuluttavat alkalia. Kuitenkin, jos alkalimäärää lisätään liikaa, alkalikuitu huononee vakavasti ja samalla eetteröintiaineen tehokkuus heikkenee. Kokeet osoittavat, että alkalin suhde eetteriin on noin 2,5:1.

3.4 Liuottimen määrän vaikutus

Koeolosuhteet ovat: alkalipitoisuus 40 %; alkaliannos 20 ml; alkali-eetterisuhde 2,5:1; silloitusaineen annostus 0,06g, alkalointi 90min.

Liuotin, vedetön etanoli toimii dispergoivana, homogenisoivana ja järjestelmän lietetilan ylläpitäjänä, mikä on hyödyllistä hajottaa ja siirtää alkaliselluloosan muodostuksen aikana vapautuvaa lämpöä ja voi vähentää alkaliselluloosan hydrolyysireaktiota, jolloin saadaan tasainen. selluloosaa. Jos lisättyä alkoholia on kuitenkin liikaa, alkali ja natriummonoklooriasetaatti liukenevat siihen, lähtöaineiden pitoisuus laskee, reaktionopeus laskee ja se vaikuttaa haitallisesti myös myöhempään silloittumiseen. Kun absoluuttisen etanolin määrä on 20 ml, WRV-arvo on suuri.

Yhteenvetona voidaan todeta, että sopivimmat olosuhteet superabsorboivan hartsin valmistamiseksi imukykyisestä puuvillasta alkaloidusta ja eetteröidystä N,N-metyleenibisakryyliamidilla silloitetusta karboksimetyyliselluloosasta ovat: alkalipitoisuus 40 %, liuotinvapaa 20 ml vettä ja etanolia, alkalin suhde eetteriin. on 2,5:1 ja silloitusaineen annostus on 0,06 g (6 % puuvillalintterien määrästä).